Gleichstromladen ist die effektivste Art, die Batterie eines Elektrofahrzeugs mit Strom zu versorgen. Wissenschaftler und Ingenieure haben unglaubliche Fortschritte gemacht. Eine neue Generation von DC-Schnellladegeräten ermöglicht noch schnelleres Laden von bis zu 80 % der Gesamtkapazität in weniger als einer Stunde.
Dieser Leitfaden bietet eine umfassende Einführung in die DC-Ladehardware, einschließlich Informationen zu den wichtigsten Lademethoden, Ladeschnittstellen und Kommunikationsprotokollen.
AC vs. DC - warum DC für Fuhrparks am besten geeignet ist
Pkw und leichte Nutzfahrzeuge verwenden ein Wechselstrom-Ladegerät, das an das Stromnetz angeschlossen ist. Der Wechselstrom wird an ein bordeigenes Ladegerät übertragen, das ihn in die für die Batterie erforderliche Gleichstromladung umwandelt.
Die Lösung ist kostengünstig, klein und leicht, aber sie ist langsam - es dauert Stunden, bis eine Batterie vollständig aufgeladen ist.
Im Gegensatz dazu liefern Gleichstrom-Ladegeräte den Strom direkt an die Batterie und sorgen so für wesentlich schnelleres Laden. Daher ist Gleichstromladen eine optimale Lösung für Flottenbetreiber, die die Betriebskapazität ihrer Fahrzeuge maximieren möchten.
Die DC-Ladetechnik entwickelt sich ständig weiter. Die Gleichstrom-Ladegeräte der ersten Generation waren auf 50 kW begrenzt, aber neuere Fahrzeuge können zum Teil viel höhere Ladeleistungen aufnehmen, in manchen Fällen bis zu 270 kW.
In Verbindung mit größeren Batterien in Nutzfahrzeugen liegen die Vorteile auf der Hand.
Gleichstromladen bedeutet, dass die Fahrzeuge mehr Zeit auf der Straße verbringen können und weniger Zeit an der Ladestation verbringen müssen. Damit tragen sie zu einer saubereren Zukunft für uns alle bei.
Was sind die wichtigsten DC-Lademethoden?
Es gibt mehrere Gleichstrom-Lademethoden, die derzeit zum Aufladen von Flottenfahrzeugen verwendet werden, darunter konduktives und kabelloses Laden:
- Konduktives Laden Konduktives Laden funktioniert über eine manuelle Verbindung zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation. Der Strom fließt durch ein Kabel (oder von einem Stromabnehmer zu einem Draht) und ermöglicht so schnelle Aufladegeschwindigkeiten mit hoher Übertragungseffizienz. Es ist die billigste Hardware-Lösung, aber sie erfordert manuelles Eingreifen. Die Energieübertragung erfolgt in eine Richtung, vom Ladegerät zum Fahrzeug. Konduktives Laden kann bis zu 400 kW mit einem CCS-Typ-2-Anschluss liefern. MW-Ladegeräte werden aktuell entwickelt und werden die Ladezeiten noch weiter verkürzen.
- Kabelloses DC-Laden - Das kabellose Laden nutzt zeitlich veränderliche Magnetfelder zur Energieübertragung. Es gibt zwei Pads, von denen eines an der Unterseite eines Fahrzeugs (das eine Induktionsladestation enthält) und das andere am Boden befestigt wird. Der Bodensender wird mit Strom versorgt, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Die Spule am Fahrzeug empfängt dieses Feld und wandelt es in Energie um, um die Batterie zu betreiben. Das Prinzip ist seit über 100 Jahren bekannt und ermöglicht ein schnelles Aufladen, ohne dass Kabel oder physische Interaktion erforderlich sind.
Wenn Sie über Gleichstromladelösungen lesen, werden Sie vielleicht auch über bidirektionales Laden lesen. Die bidirektionale Ladetechnik ermöglicht einen Energiefluss in zwei Richtungen: vom Netz zur Batterie und von der Batterie zurück ins Netz.
Das bidirektionale Laden kann eine entscheidende Rolle bei der Schaffung eines intelligenten Netzes spielen, dabei fungieren batteriebetriebene Fahrzeuge als Energiespeicher. Der Prozess wird von einer Cloud-Software gesteuert und könnte uns helfen, eine der größten Herausforderungen zu bewältigen: die Speicherung erneuerbarer Energie.
Während das drahtlose und bidirektionale Laden enormes Zukunftspotenzial bietet, ist das konduktive Laden kurz- und mittelfristig die kostengünstigste Lösung.
Hardware im DC-Ladenetz
DC-Ladestationen kombinieren Software und Hardware, um ein schnelles und sicheres Laden zu ermöglichen. Das sind die Hauptbestandteile einer jeden DC-Ladestation:
- Netzanschluss - Ladestationen benötigen einen stabilen Netzanschluss, um den für das Laden benötigten Strom zu liefern.
- Leistungseinheiten - Die robusten Metallschränke müssen wasserdicht sein (Schutzklasse IP54) und sich für die Aufstellung im Freien eignen. Die Geräte von Heliox zum Beispiel sind für eine Lebensdauer von 15 Jahren oder mehr ausgelegt. Im Inneren befinden sich die für die Ladung erforderliche Hardware und Sicherheitsfunktionen, einschließlich Hochgeschwindigkeitssicherungen zum Schutz vor Überstrom.
- Ladesäulen - Jede Ladestation verfügt über eine Säule, die an das Fahrzeug angeschlossen wird. Es gibt verschiedene DC-Ladeschnittstellen, die wir im Folgenden näher erläutern.
- Stromabnehmer - Einige größere Flottenfahrzeuge, wie z. B. Busse, verwenden eine besondere Art von Steckverbindung, die als Stromabnehmer bekannt ist, um bei Gelegenheit aufzuladen. Das Fahrzeug parkt unter einer Ladestation, und die scherenartigen Arme fahren nach unten und verbinden sich mit den Schienen auf dem Fahrzeugdach, um die Batterie aufzuladen. Das System kann Hochleistungsladungen mit bis zu 600 kWliefern undein großes Fahrzeug wie einen Bus in Sekundenschnelle aufladen.
Was sind die wichtigsten Ladeschnittstellen?
Es gibt mehrere Arten von Gleichstrom-Ladeschnittstellen für Flottenfahrzeuge. Ladegeräte müssen mehrere internationale Sicherheitsstandards erfüllen, darunter ISO 15118 und DIN SPEC 70121.
Es gibt regionale Unterschiede bei den Gleichstromanschlüssen, die in Japan, Amerika, China und Europa (und dem Rest der Welt) verwendet werden. Hier erfahren Sie, was sie sind und wie sie funktionieren:
- CCS1 & 2 Pinout - CCS steht für kombiniertes Ladesystem. Sowohl die CCS1- als auch die CCS2-Schnittstelle verfügen über Stifte, die eine Gleichstromladung direkt an das Fahrzeug liefern. CCS1 & 2 Pinout wird in erster Linie von US-amerikanischen und europäischen Automobilherstellern verwendet, aber es gibt einen Vorstoß, um es zum globalen Standard zu machen.
- DC GB/T - Diese Norm wird ausschließlich in China verwendet. Das Protokoll wird durch die Norm GB/T 27930 definiert.
- CHAdeMO - Dies ist der in Japan verwendete Gleichstrom-Ladestandard.
- Tesla - Wie nicht anders zu erwarten, hat Tesla sein eigenes Gleichstromladegerät entwickelt, aber das könnte sich ändern. Für die jüngste Markteinführung des Tesla Model 3 in Europa hat sich Tesla für die Verwendung des CCS2-Standards entschieden.
DC-Kommunikationsprotokolle
DC-Ladegeräte müssen intelligent sein, um die Batterie zu laden und zu schützen. Es gibt zwei Kommunikationsebenen: High Level und Low Level. Internationale Normen wie IEC 61851, ISO 15118, DIN 70121 und VDV 261 bilden die Grundlage für den Kontakt zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug vor und während des Ladevorgangs.
Low-Level-Kommunikationsprotokolle verwalten die maximale Leistung und die Ladephase. High-Level-Protokolle verwalten komplexere Aufgaben wie die Bewertung der Kompatibilität, die Ladesequenz, die Festlegung physikalischer Grenzen und die Verwaltung von Tarifen und Zahlungen.
Es gibt drei hochrangige Kommunikationsprotokolle:
- Power Line Communication (PLC) - Dies ist der in CCS1 und CCS2 verwendete Kommunikationsrahmen auf hoher Ebene. Es verwendet einen Standard-TCP/IP-Stack (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) für die Kommunikation.
- Signal Level Attenuation Characterization (SLAC) - Das Fahrzeug und die Ladestation einigen sich auf eine eindeutige Kennung, die auf einem Anfrage-Antwort-Prozess basiert. SLAC wird in einer Umgebung eingesetzt, in der mehrere Elektrofahrzeuge und Ladestationen miteinander verbunden sind, z. B. in einem Fahrzeugdepot.
- Controller Area Network (CAN) - CAN wird durch die Norm ISO 11898 definiert und ist eine nachrichtenorientierte Plattform, die für den schnellen Informationsaustausch zwischen Steuereinheiten in einem industriellen Umfeld verwendet wird.
Low-Level-Kommunikationsprotokolle
Intelligente Ladegeräte und Fahrzeuge stehen in einem ständigen Informationsaustausch mittels Pulswellenmodulation (PWM). Der Kontakt wird durch mehrere international vereinbarte Normen definiert.
Die von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission erstellte Norm IEC 61851-1 wird in allen konduktiven Ladesystemen für Elektrofahrzeuge verwendet.
Die Signalspannungen wechseln zwischen zwei Stufen, um den Ladezustand anzuzeigen:
- +12 V Zustand A Kein EV an der EVSE angeschlossen
- +9 V Zustand B EV an die EVSE angeschlossen, aber nicht bereit zum Laden
- +6 V Zustand C Angeschlossen und ladebereit, Belüftung ist nicht erforderlich
- +3 V Zustand D Angeschlossen, bereit zum Aufladen und Belüftung ist erforderlich
- +0 V Zustand E Elektrischer Kurzschluss gegen Erde am Controller der EVSE, keine Stromversorgung
- -12 V Zustand F EVSE ist nicht verfügbar
Die Angaben definieren die maximale Ladung, die an das EV abgegeben wird:
- Duty cycle < 3 % No charging allowed
- 3 % ≤ Einschaltdauer ≤ 7 % High-Level-Kommunikationsprotokoll nach ISO 15118 oder DIN 70121 erzwingen
- 7 % < duty cycle< 8 % No charging allowed
- 8 % ≤ duty cycle< 10 % Max. current consumption for AC charging is 6 A
- 10 % ≤ Einschaltdauer ≤ 85 % Verfügbarer Strom = Einschaltdauer * 0,6 A
- 85 % < duty cycle ≤ 96 % Available current = (duty cycle - 64) * 2.5 A
- 96 % < duty cycle ≤ 97 % Max. current consumption for AC charging is 80 A
- Einschaltdauer > 97 % Keine Aufladung zulässig
Die Ladetechnologie entwickelt sich ständig weiter, und den Herstellern stehen zahlreiche Optionen und Alternativen zur Verfügung. Wir bei Heliox bieten Ihnen fachkundige Einblicke und Beratung, um Ihnen bei der Auswahl der Ladegeräte zu helfen, die Sie benötigen, um Ihre Flotte mit Strom zu versorgen und Ihr Geschäft zu beschleunigen. Nehmen Sie Kontakt mit einem unserer Experten auf.
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